FR2488908A1 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF ACRYLAMIDE USING IMMOBILIZED CELLS OF A NEW TYPE - Google Patents
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Abstract
PROCEDE DE PREPARATION DE L'ACRYLAMIDE A PARTIR DE L'ACRYLONITRILE DANS UN MILIEU AQUEUX NE CONTENANT PRATIQUEMENT PAS DE SELS PAR ACTION D'UN MICRO-ORGANISME PRESENTANT L'ACTIVITE NITRILASIQUE. LE MICRO-ORGANISME EST IMMOBILISE DANS UN GEL POLYMERE CATIONIQUE A BASE D'ACRYLAMIDE.PROCESS FOR PREPARING ACRYLAMIDE FROM ACRYLONITRILE IN AN AQUEOUS MEDIUM CONTAINING PRACTICALLY NO SALTS BY ACTION OF A MICRO-ORGANISM PRESENTING THE NITRILASIC ACTIVITY. THE MICRO-ORGANISM IS IMMOBILIZED IN A POLYMER CATIONIC ACRYLAMIDE-BASED GEL.
Description
La présente invention se rapporte à un procédé de préparation deThe present invention relates to a process for the preparation of
l'acrylamide à l'aide de cellules immobilisées qu'on prépare en immobilisant des micro-organismes présentant une activité acrylamide using immobilized cells that are prepared by immobilizing microorganisms with activity
nitrilasique sur un gel polymère cationique à base d'acrylamide. nitrilase on a cationic polymer gel based on acrylamide.
L'acrylamide est un composé qui possède des applications multiples par exemple en tant que produit de départ de la préparation de polymères variés utilisés eux-mêmes en tant que floculants, additifs à des huiles de base, polymères servant à la récupération Acrylamide is a compound which has multiple applications for example as a starting material for the preparation of various polymers used themselves as flocculants, additives to base oils, polymers for recovery
du pétrole, et dans d'autres applications analogues. oil, and in other similar applications.
Parmi les procédés de préparation de l'acrylamide, on a décrit antérieurement un procédé qui consiste à faire réagir l'acrylonitrile avec l'eau en présence d'un catalyseur contenant du Among the processes for the preparation of acrylamide, there has previously been described a process which comprises reacting acrylonitrile with water in the presence of a catalyst containing
cuivre à l'état réduit. Toutefois, ce procédé présente des inconvé- copper in the reduced state. However, this process has disadvantages
nients variés; ainsi, par exemple, la préparation du catalyseur est compliquée; on rencontre des difficultés dans la régénération du catalyseur usé; et on rencontre également des complications dans la séparation et la purification de l'acrylamide formé. En outre, on cherche à obtenir l'acrylamide dans des conditions de réaction ménagées parce que les compo ès contenant des doubles liaisons dans various people; thus, for example, the preparation of the catalyst is complicated; difficulties are encountered in the regeneration of spent catalyst; and there are also complications in the separation and purification of the acrylamide formed. Furthermore, it is sought to obtain acrylamide under mild reaction conditions because the compounds containing double bonds in
la molécule, comme l'acrylamide, polymérisent facilement. the molecule, like acrylamide, polymerize easily.
On a déjà considéré comme tout à fait souhaitable la mise au point d'un procédé permettant de préparer l'acrylamide par hydrolyse de l'acrylonitrile à l'aide de micro-organismes dans des It has already been considered highly desirable to develop a process for preparing acrylamide by hydrolyzing acrylonitrile using microorganisms in
conditions ménagées.conditions.
On sait depuis longtemps que les micro-organismes It has long been known that micro-organisms
présentant une activité nitrilasique permettent d'hydrolyser effica- nitrilase activity can be used to effectively hydrolyze
cement l'acrylonitrile en acrylamide. Parmi ces micro-organismes, on connaît déjà ceux qui appartiennent aux genres Bacillus, Bacteridium au sens de Prevot,. Micrococcus et Brevibacterium au sens de Bergey, acrylonitrile acrylamide. Among these microorganisms, those belonging to the genera Bacillus, Bacteridium in the sense of Prevot, are already known. Micrococcus and Brevibacterium in the sense of Bergey,
etc. (cf. par exemple brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 001 081). etc. (see, for example, United States Patent No. 4,001,081).
On a également trouvé antérieurement que les micro-organismes appar- It has also been found previously that microorganisms
tenant aux genres Corynebacterium et Nocardia pouvaient être utilisés pour l'hydrolyse de l'acrylonitrile (cf. par exemple brevet des Corynebacterium and Nocardia could be used for the hydrolysis of acrylonitrile (see, for example,
Etats-Unis d'Amérique n0 4 248 968). United States of America No. 4,248,968).
Pour préparer l'acrylamide à partir de l'acrylonitrile à l'aide de ces micro-organismes, on met l'acrylonitrile en contact avec les microorganismes ou avec des cellules immobilisées de ces micro-organismes qu'on a préparées en immobilisant les cellules sur des gels polymères, dans un milieu aqueux tel que l'eau pure, le sérum physiologique, ou une solution de tampon phosphaté. Récemment, un procédé sur colonne, continu ou discontinu, exploitant des cellules immobilisées sur des granulés a été largement exploité, dans le but d'empêcher l'élution d'impuretés provenant des cellules, d'améliorer la séparation des cellules et de la solution de réaction, de permettre l'utilisation répétée des cellules et d'accroître la To prepare acrylamide from acrylonitrile using these microorganisms, acrylonitrile is contacted with the microorganisms or with immobilized cells of these microorganisms which have been prepared by immobilizing the cells. on polymeric gels, in an aqueous medium such as pure water, physiological saline, or a phosphate buffer solution. Recently, a continuous or discontinuous column process exploiting cells immobilized on granules has been widely exploited, in order to prevent the elution of impurities from the cells, to improve the separation of the cells and the solution. of reaction, to allow the repeated use of cells and to increase the
stabilité des enzymes. Ces procédés exploitant des cellules immobi- enzyme stability. These methods exploit real cells
lisees sur des granulés présentent des avantages économiques. Par suite, on a proposé un procédé de préparation de l'acrylamide par réaction en continu sur une colonne dans laquelle on utilise des granules have economic advantages. As a result, there has been proposed a process for the preparation of acrylamide by continuous reaction on a column in which
cellules de micro-organismes immobilisées qu'on prépare en emprison- immobilized microorganism cells that are prepared in
nant les cellules dans un gel de polyacrylamide ou d'une substance cells in a polyacrylamide gel or substance
analogue (cf. par exemple brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4 248 968). analogous (see, for example, U.S. Patent No. 4,248,968).
Toutefois, dans les procédés tels que proposés ci-dessus, l'utilisation d'une solution de sérum physiologique, d'une solution de tampon phosphaté ou d'une solution analogue en tant que milieu aqueux conduit à l'introduction de grandes quantités de chlorure de sodium, de phosphates ou de substances analogues dans la solution aqueuse d'acrylamide obtenuece qui présente des inconvénients à l'égard de la qualité du produit recherché. En particulier, pour However, in the processes as proposed above, the use of a physiological saline solution, a phosphate buffer solution or a similar solution as an aqueous medium leads to the introduction of large amounts of sodium chloride, phosphates or similar substances in the aqueous acrylamide solution obtained which has drawbacks with regard to the quality of the desired product. Especially for
la préparation de polymères à base d'acrylamide à haut poids molé- the preparation of polymers based on high molecular weight acrylamide
culaire, la présence de phosphates dans l'acrylamide peut conduire à des propriétés d'insolubilité dans l'eau des polymères formés. De sorte que pour éliminer ces sels, il est indispensable de procéder à des traitements subséquents tels que des traitements par échange d'ions. On perd alors les avantages attendus de la préparation d'une solution aqueuse d'acrylamide de haute qualité sans purification However, the presence of phosphates in acrylamide can lead to insolubility properties in the water of the polymers formed. So that to eliminate these salts, it is essential to carry out subsequent treatments such as ion exchange treatments. The expected advantages of the preparation of a high quality aqueous acrylamide solution are then lost without purification.
spéciale, ce qui constitue une caractéristique du procédé de prépa- special feature, which is a feature of the prepa-
ration de l'acrylamide par la technique aux cellules immobilisées. acrylamide by the immobilized cell technique.
Ainsi donc, on perd les avantages du procédé aux cellules immobilisées Thus, the advantages of the immobilized cell method are lost
en tant que procédé peu coûteux de préparation de l'acrylamide. as an inexpensive process for the preparation of acrylamide.
Par contre, si l'on n'utilise pas en tant que milieu aqueux une solution de sérum physiologique, une solution de tampon phosphaté ou une solution analogue, les cellules immobilisées gonflent au cours de la réaction d'hydratation et il y a perte rapide de l'activité enzymatique des cellules. En outre, dans le cas de la ré-actio sur colonne, lorsqu'on fait passer une solution aqueuse d'acrylonitrile sur une colonne garnie de cellules immobilisées. selon la technique classique dans du polyacrylamide, les cellules immobilisées dans la colonne gonflent rapidement après le démarrage de la réaction d'hydratation et il devient impossible de poursuivre On the other hand, if a saline solution, a phosphate buffer solution or the like solution is not used as the aqueous medium, the immobilized cells swell during the hydration reaction and there is rapid loss. of the enzymatic activity of the cells. In addition, in the case of the column reagent, when an aqueous solution of acrylonitrile is passed over a column packed with immobilized cells. according to the conventional technique in polyacrylamide, the cells immobilized in the column swell rapidly after starting the hydration reaction and it becomes impossible to continue
des opérations efficaces.effective operations.
Bien qu'on ne comprenne pas parfaitement pourquoi les cellules immobilisées gonflent au cours de la réaction d'hydratation, on pense que ce phénomène est dû aux forces de répulsion produites entre les cellules chargées négativement au passage de la solution de substrat et à la différence de pression osmotique entre l'extérieur et l'intérieur des cellules immobilisées résultant de la différence des concentrations en acrylonitrile et acrylamide entre l'extérieur et l'intérieur de ces cellules, différences de concentration qui se Although it is not fully understood why the immobilized cells swell during the hydration reaction, it is believed that this phenomenon is due to the repulsive forces produced between the negatively charged cells as the substrate solution passes and unlike osmotic pressure between the outside and the inside of the immobilized cells resulting from the difference between the concentrations of acrylonitrile and acrylamide between the outside and the inside of these cells, differences in concentration which
produisent lorsque l'acrylonitrile pénètre dans les cellules immobi- produce when acrylonitrile enters the living cells
lisées et est converti (hydraté) en acrylamide qui migre hors des cellules immobilisées. On pense en outre que la dégradation de l'activité enzymatique par le phénomène de gonflement est due au and converted (hydrated) to acrylamide that migrates out of the immobilized cells. It is further believed that the degradation of enzymatic activity by the swelling phenomenon is due to the
fait que l'enzyme est susceptible de s'échapper des cellules immobi- the enzyme is likely to escape from the living cells.
lisées en raison du gonflement et que l'on ne peut pas conserver la conformation stable des cellules normales dans lesquelles l'enzyme because of swelling and that the stable conformation of normal cells in which the enzyme
n'est pas gonflée.is not inflated.
Par suite, on pense que, lorsqu'on effectue la réaction dans un milieu isotonique tel qu'une solution de sérum physiologique, une solution de tampon phosphaté, etc., il ne se produit pas de As a result, it is believed that when the reaction is carried out in an isotonic medium such as saline solution, phosphate buffer solution, etc., no
grande différence de pression osmotique entre l'extérieur et Pinté- great difference in osmotic pressure between the outside and the inside
rieur des cellules immobilisées, de sorte qu'on peut à la fois empêcher le gonflement des cellules immobilisées et maintenir immobilized cells, so that both the immobilized cells can be prevented from
l'enzyme en état de stabilité.the enzyme in a stable state.
A la suite de recherches approfondies visant à la prépa- Following extensive research aimed at preparing
ration de cellules immobilisées qui ne gonflent pas dans le cours de la réaction d'hydratation, même lorsqu'on utilise comme milieu aqueux une solution aqueuse de substrat ne contenant pas de sel, contrairement aux solutions décrites ci-dessus, et qui possèdent une excellente stabilité enzymatique, la demanderesse a trouvé qu'on pouvait obtenir de telles cellules immobilisées en utilisant un support polymère d'immobilisation rendu cationique en vue d'améliorer son affinité pour les cellules ou l'enzyme. L'invention concerne en conséquence un procédé de préparation de l'acrylamide à partir de l'acrylonitrile à l'aide de cellules de microorganismes immobilisées dans lequel les cellules immobilisées sont préparées par immobilisation d'un micro-organisme présentant l'activité nitrilasique sur un gel polymère cationique à base d'acrylamide, et l'acrylonitrile est mis en contact avec les cellules immobilisées dans un milieu aqueux ne contenant pratiquement immobilized cells that do not swell in the course of the hydration reaction, even when an aqueous solution of substrate containing no salt is used as aqueous medium, unlike the solutions described above, and which have excellent In view of the enzyme stability, we have found that such immobilized cells can be obtained by using a cationically rendered immobilized polymeric carrier to improve its affinity for cells or the enzyme. The invention accordingly relates to a process for the preparation of acrylamide from acrylonitrile using immobilized microorganism cells in which the immobilized cells are prepared by immobilizing a microorganism having the nitrilase activity on a cationic polymer gel based on acrylamide, and the acrylonitrile is brought into contact with the immobilized cells in an aqueous medium containing substantially no
aucun sel.no salt.
On peut utiliser dans l'invention, indépendamment de leur classification taxonomique, tous les micro-organismes capables d'hydrolyser l'acrylonitrile en acrylamide. Ainsi, par exemple, on Any microorganism capable of hydrolyzing acrylonitrile to acrylamide can be used in the invention regardless of their taxonomic classification. So, for example, we
utilise de préférence la souche N-771 appartenant au genre Corne- preferably uses strain N-771 belonging to the genus Corne-
bacterium, telle que décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 248 968 et déposée au Fermentation Research Institute, The Agency of Industrial Science and Technology, Japon sous le numéro bacterium, as described in U.S. Patent No. 4,248,968 and filed at the Fermentation Research Institute, The Japanese Agency of Industrial Science and Technology under the number
d'admission FERM 4445, la souche N-774 appartenant au genre Corne- FERM 4445, the N-774 strain belonging to the genus Horn-
bacterium déposée sous le numéro d'admission FERM 4446 et la souche N-775 appartenant au genre Nocardia et déposée sous le numéro d'admission FERM 4447. On utilise également avec avantage dans bacterium deposited under the accession number FERM 4446 and the strain N-775 belonging to the genus Nocardia and filed under the accession number FERM 4447. It is also advantageously used in
l'invention les micro-organismes décrits dans le brevet des Etats- the invention the microorganisms described in the US Pat.
Unis d'Amérique n 4 001 081.United States of America No. 4,001,081.
Pour la préparation des cellules immobilisées avec ces micro-organismes, on peut utiliser ces derniers sous l'une quelconque des formes suivantes: milieu de culture contenant les cellules (bouillon de culture), cellules lavées (cellules résiduelles), For the preparation of immobilized cells with these microorganisms, they can be used in any of the following forms: culture medium containing the cells (culture broth), washed cells (residual cells),
cellules rompues, et sous des formes analogues. broken cells, and in analogous forms.
Le polymère cationique à base d'acrylamide tel qu'il est utilisé dans l'invention pour l'immobilisation est un copolymère de l'acrylamide, d'un monomère cationique à insaturation éthylénique copolymérisable avec l'acrylamide, et d'un monomère réticulant soluble The cationic polymer based on acrylamide as used in the invention for immobilization is a copolymer of acrylamide, a cationic monomer with ethylenic unsaturation copolymerizable with acrylamide, and a crosslinking monomer. soluble
dans l'eau.in water.
Comme exemples de monomères cationiques à insaturation éthylénique copolymérisables avec l'acrylamide, on citera les acrylates de dialkylaminoalkyle, les méthacrylates de dialkylaminoalkyle, les dialkylaminoalkylacrylamides, les dialkylaminoalkylméthacrylamides et leurs sels quaternaires, et par exemple le méthacrylate de dimé- Examples of cationic monomers with ethylenic unsaturation copolymerizable with acrylamide include dialkylaminoalkyl acrylates, dialkylaminoalkyl methacrylates, dialkylaminoalkylacrylamides, dialkylaminoalkylmethacrylamides and their quaternary salts, and for example dimethyl methacrylate.
thylaminoéthyle, le méthacrylate de diéthylaminoéthyle, le diméthyl- thylaminoethyl, diethylaminoethyl methacrylate, dimethyl-
aminopropylméthacrylamide, le diéthylaminopropylméthacrylamide et leurs sels quaternaires formes avec le sulfate de diméthyle, le chlorure de méthyle et des agents analogues. Ces monomères peuvent aminopropylmethacrylamide, diethylaminopropylmethacrylamide and their quaternary salts formed with dimethyl sulfate, methyl chloride and the like. These monomers can
être utilisés seuls ou en combinaison entre eux. be used alone or in combination with each other.
Comme exemples de monomères réticulants hydrosolubles, on citera le méthylènebisacrylamide, la 1,3-di-acrylamidométhyl-2 imidazolidone, la diacrylamidométhyléthylène-urée, l'éther diacrylamido éthylique, le diacrylate de l'éthylèneglycol, le diméthacrylate de Examples of water-soluble crosslinking monomers are methylenebisacrylamide, 1,3-di-acrylamidomethyl-2-imidazolidone, diacrylamidomethylethylene-urea, diacrylamidoethyl ether, ethylene glycol diacrylate, dimethacrylate and the like.
1'éthylèneglycol et les hexahydro-l,3,5-triacyl-S-triazines. Ethylene glycol and hexahydro-1,3,5-triacyl-S-triazines.
Pour ce qui concerne les quantités des trois monomères mises en oeuvre, la quantité d'acrylamide représente de 50 à 95%, la quantité de monomère cationique à insaturation éthylénique de 1 A 50% et la quantité de monomère réticulant hydrosoluble représente With regard to the amounts of the three monomers used, the amount of acrylamide represents from 50 to 95%, the amount of ethylenically unsaturated cationic monomer from 1 to 50% and the amount of water-soluble crosslinking monomer represents
de 0,1 à 20% du poids total des trois monomères. from 0.1 to 20% of the total weight of the three monomers.
Les cellules immobilisées qu'on utilise dans le procédé selon l'invention sont préparées par exemple par un procédé dans lequel on mélange une suspension des cellules de micro-organismes et des trois monomères décrits ci-dessus et on polymérise en présence d'un catalyseur de polymérisation du type couramment utilisé dans les procédés classiques comme le persulfate de potassium et le diméthylaminopropionitrile, à des pH de 5 à 10, et de préférence de 6 à 8, à une température de 0 à 30 C, et de préférence de 0 a 15 C, dans une durée de 30 à 60 min; on obtient ainsi un gel dans lequel The immobilized cells used in the process according to the invention are prepared, for example, by a process in which a suspension of the microorganism cells and the three monomers described above is mixed and polymerized in the presence of a catalyst. polymerization of the type commonly used in conventional processes such as potassium persulfate and dimethylaminopropionitrile, at pHs of 5 to 10, and preferably from 6 to 8, at a temperature of 0 to 30 C, and preferably from 0 to 30.degree. C, in a period of 30 to 60 min; a gel is thus obtained in which
les cellules sont immobilisées et emprisonnées. the cells are immobilized and imprisoned.
La quantité des cellules de micro-organismes contenues dans le gel tel qu'obtenu ci-dessus est habituellement de 0,1 à 50%, et de preférence de 1 à 20%,du poids total du gel aqueux; toutefois, cette quantité peut varier selon le type du micro-organisme, sa forme d'utilisation et des facteurs analogues. La teneur en monomères de la solution de réaction va de 2 à 30%, et de préférence de 5 à 20%, The amount of the microorganism cells contained in the gel as obtained above is usually from 0.1 to 50%, and preferably from 1 to 20%, of the total weight of the aqueous gel; however, this amount may vary depending on the type of microorganism, its form of use and similar factors. The monomer content of the reaction solution ranges from 2 to 30%, and preferably from 5 to 20%,
du poids total de la solution.the total weight of the solution.
Cependant, pour préparer le gel contenant les cellules immobilisées et en plus du procédé ci-dessus dans lequel on ajoute un constituant cationique à l'état de monomère puis on forme le gel par copolymérisation, on peut exploiter un autre procédé dans lequel la totalité ou une partie du monomère cationique est polymérisée au préalable sous forme d'un polymère soluble dans l'eau qui peut encore être gélifié, et on mélange alors le polymère hydrosoluble avec la suspension des cellules du micro-organisme contenant les monomères; on fait réagir afin d'obtenir le gel recherché. On peut encore préparer le polymère hydrosoluble à ajouter avant la préparation du gel en copolymérisant le monomère cationique avec une partie de l'acrylamide. However, to prepare the gel containing the immobilized cells and in addition to the above process in which a cationic component in the monomer state is added and then the gel is formed by copolymerization, another process may be used in which all or a part of the cationic monomer is polymerized beforehand in the form of a water-soluble polymer which can still be gelled, and the water-soluble polymer is then mixed with the suspension of the cells of the microorganism containing the monomers; it is reacted to obtain the desired gel. It is also possible to prepare the water-soluble polymer to be added before the preparation of the gel by copolymerizing the cationic monomer with a portion of the acrylamide.
Les cellules immobilisées comme décrit ci-dessus sont - Immobilized cells as described above are -
mises sous la forme de particules, le cas échéant après avoir été soumises à un traitement à l'aide d'un dialdéhyde hydrosoluble tel put in the form of particles, if necessary after having been subjected to a treatment with a water-soluble dialdehyde such
que l'aldéhyde glutarique.than glutaric aldehyde.
Dans la pratique de l'invention, les cellules immobilisées sur un support cationique comme décrit ci-dessus peuvent être broyées en particules à la dimension voulue et introduites dans un réacteur In the practice of the invention, the cells immobilized on a cationic support as described above can be crushed into particles to the desired size and introduced into a reactor
ou une colonne. En faisant passer en contact avec les cellules immo- or a column. By putting in contact with the immovable cells
bilisées une solution aqueuse d'acrylonitrile à une concentration en sel de 0,1% ou moins en poids, et de préférence de 0,01 en poids ou moins, c'est-à-dire une solution aqueuse d'acrylonitrile ne contenant pratiquement pas de sel, on peut préparer l'acrylamide recherché. En choisissant correctement la quantité des cellules immobilisées qu'on utilise dans la réaction, la concentration de l'acrylonitrile, le débit de la solution aqueuse de substrat et les facteurs analogues, on peut parvenir à un taux de conversion de presque 100%. Dans un bilize an aqueous solution of acrylonitrile at a salt concentration of 0.1% or less by weight, and preferably 0.01 by weight or less, that is to say an aqueous solution of acrylonitrile containing substantially no salt, the desired acrylamide can be prepared. By correctly choosing the amount of immobilized cells used in the reaction, the concentration of acrylonitrile, the flow rate of the aqueous substrate solution and the like factors, a conversion of almost 100% can be achieved. In one
tel cas, pour conserver l'activité nitrilasique des cellules immo- such case, to maintain the nitrilase activity of the immo-
bilisées pendant des durées prolongées et pour empécher la formation de produits secondaires tels que l'acide acrylique, il est préférable de maintenir une concentration en acrylonitrile de 5% en poids ou moins, d'observer une température de réaction aussi basse que possible dans un intervalle dans lequel la solution aqueuse de substrat ne gèle pas, c'està-dire d'opérer dans un intervalle allant d'un point juste supérieur au point de congélation jusqu'à 100C During prolonged periods of time and to prevent the formation of secondary products such as acrylic acid, it is preferable to maintain an acrylonitrile concentration of 5% by weight or less, to observe a reaction temperature as low as possible in a an interval in which the aqueous solution of substrate does not freeze, that is to say to operate in a range from a point just above the freezing point to 100C
environ, avec un pli de 7,0 à 8,5.about, with a fold of 7.0 to 8.5.
Conformément à l'invention, la réaction peut être poursuivie sans gonflement des cellules immobilisées dans le cours According to the invention, the reaction can be continued without swelling immobilized cells in the course
de la réaction, bien qu'on n'utilise pas de solution de sérum physio- of the reaction, although no physiological serum solution is used.
logique ou de tampon phosphaté ou de solution analogue en tant que solution aqueuse de substrat et ceci, en outre, en conservant l'activité enzymatique stable pendant des durées prolongées. En particulier, dans le cas d'une réaction continue sur colonne, le procédé selon l'invention, en plus des avantages décrits ci-dessus, apporte un autre avantage: on peut éviter toute polymérisation de l'acrylamide formé (qui aurait tendance à se produire dans le cours A phosphate buffer or analogous solution as an aqueous solution of the substrate, and this, in addition, keeping the enzyme activity stable for extended periods. In particular, in the case of a continuous reaction on a column, the process according to the invention, in addition to the advantages described above, provides another advantage: it is possible to avoid any polymerization of the acrylamide formed (which would tend to occur in the course
de la réaction) et on peut stabiliser les opérations. of the reaction) and the operations can be stabilized.
On peut donc obtenir en effluent de réaction une solution aqueuse transparente et incolore d'acrylamide. Du fait que cette It is therefore possible to obtain in the reaction effluent a transparent and colorless aqueous solution of acrylamide. Because this
solution ne contient pratiquement pas de sel et presque pas d'impu- The solution contains practically no salt and almost no
retés gênantes pour la polymérisation de l'acrylamide, on peut l'utiliser telle quelle ou après concentration en tant que matière troublesome for the polymerization of acrylamide, it can be used as such or after concentration as a material
première de la préparation de polymères d'acrylamide destinés eux- first of the preparation of acrylamide polymers intended for
mêmes à être utilisés comme agents floculants, additifs a des huiles even for use as flocculants, oil additives
de base, et dans des applications analogues. basic, and in similar applications.
Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée; dans ces exemples, les indications de parties et de pourcentages s'entendent en poids, sauf indication contraire. Les concentrations en acrylonitrile, en acrylamide et en acide acrylique ont été déterminées par chromatographie en phase gazeuse, EXEMPLE 1 et EXEMPLE COMPARATIF 1 On mélange 50 parties de cellules lavées (teneur en cellules sèches 20%) de la souche N-774 soumise à culture aérobie dans un milieu de culture (à pH 7,2) contenant 1% de glucose, 0,5% de peptone, 0, 3% d'extrait de levure et 0,3% d'extrait de malt avec The examples which follow illustrate the invention without, however, limiting its scope; in these examples, the parts and percentages are by weight unless otherwise indicated. The concentrations of acrylonitrile, acrylamide and acrylic acid were determined by gas chromatography, EXAMPLE 1 and COMPARATIVE EXAMPLE 1 50 parts of washed cells (dry cell content 20%) of the cultured strain N-774 were mixed. aerobic culture medium (at pH 7.2) containing 1% glucose, 0.5% peptone, 0.3% yeast extract and 0.3% malt extract with
4,2 parties d'acrylamide, 0,4 partie du sel quaternaire du méthacry- 4.2 parts of acrylamide, 0.4 part of the quaternary salt of methacrylate
late de diméthylaminoéthyle et du chlorure de méthyle, 0,4 partie de méthylènebis-acrylamide et 30 parties de tampon phosphaté 0,05 M (pH 7,5; tous les tampons phosphatés décrits ci-après sont au même pH); on forme ainsi unesuspension homogène. A cette suspension, on dimethylaminoethyl and methyl chloride, 0.4 part of methylenebisacrylamide and 30 parts of 0.05 M phosphate buffer (pH 7.5, all the phosphate buffers described below are at the same pH); thus a homogeneous suspension is formed. At this suspension, we
ajoute 5 parties d'une solution aqueuse à 5% de diméthylaminopropio- 5 parts of a 5% aqueous solution of dimethylaminopropio-
nitrile et 10 parties d'une solution aqueuse à 2,5% de persulfate depotassium et on polymérise en maintenant une température de 10 C ou moins pendant 1 h; on obtient un gel contenant les cellules. On met ce gel volumineux contenant les cellules à l'état de fines particules à l'aide d'un mélangeur (modèle VA-IOP de la Firme Hitachi Ltd.) et on mélange avec 300 parties de tampon phosphaté 0,05 M et 0,5 partie d'une solution aqueuse à 50% d'aldéhyde glutarique; on traite par l'aldéhyde glutarique à 10 C ou moins pendant 30 min sous agitation. On lave les cellules immobilisées a l'eau et on nitrile and 10 parts of a 2.5% aqueous solution of potassium persulfate and polymerized maintaining a temperature of 10 C or less for 1 hour; a gel containing the cells is obtained. This bulky gel containing the cells in the form of fine particles is put with the aid of a mixer (model VA-IOP of the firm Hitachi Ltd.) and mixed with 300 parts of 0.05 M phosphate buffer and 0 5 parts of a 50% aqueous solution of glutaraldehyde; treated with glutaraldehyde at 10 C or less for 30 min with stirring. The immobilized cells are washed with water and
les utilise pour la préparation de l'acrylamide à partir de l'acry- uses them for the preparation of acrylamide from acrylamide.
lonitrile comme décrit ci-après.lonitrile as described below.
On melange 10 parties de l'échantillon de cellules immobilisées et 90 parties d'eau. Au mélange obtenu, on ajoute goutte a goutte par intermittence l'acrylonitrile au débit de 2 parties à l'heure en maintenant le pH à 7,5 sous agitation; on fait réagir avec formation d'acrylamide à 10 C pendant 6 h. La réaction est presque quantitative et on obtient 110 parties d'une solution aqueuse à 14,6% d'acrylamide. Après avoir répété l'opération, on détermine Ten parts of the immobilized cell sample are mixed with 90 parts of water. To the mixture obtained, the acrylonitrile is intermittently added dropwise at a rate of 2 parts per hour while maintaining the pH at 7.5 with stirring; it is reacted with acrylamide formation at 10 C for 6 h. The reaction is almost quantitative and 110 parts of a 14.6% aqueous solution of acrylamide are obtained. After repeating the operation, determine
l'activité résiduelle des cellules immobilisées. the residual activity of the immobilized cells.
A titre de comparaison, on prépare des cellules immo- By way of comparison, immobile cells are prepared
bilisees en faisant appel à un polyacrylamide du type classique, c'est-àdire que les cellules immobilisées comparatives sont préparées comme décrit ci-dessus, mais avec 4,6 parties d'acrylamide et 0,4 partie de méthylènebis-acrylamide. On utilise ces cellules immobilisées pour la même réaction de formation de l'acrylamide. Lorsque la réaction est terminée, on détermine l'activité résiduelle des The results are based on a polyacrylamide of the conventional type, that is, the comparative immobilized cells are prepared as described above, but with 4.6 parts of acrylamide and 0.4 part of methylenebisacrylamide. These immobilized cells are used for the same acrylamide formation reaction. When the reaction is complete, the residual activity of the
cellules immobilisées.immobilized cells.
Les résultats obtenus sont rapportés dans le tableau I The results obtained are reported in Table I
ci-après.below.
L'activité résiduelle des cellules immobilisées a été déterminée de la manière suivante: L'échantillon de cellules immobilisées est broyé en totalité au mortier puis dilue par du tampon phosphaté 0,1 M, pour formation d'une suspension à une teneur en cellules de 0,1%. A 5 ml de la suspension, on ajoute 5 ml d'une solution aqueuse à 5% The residual activity of the immobilized cells was determined as follows: The sample of immobilized cells is ground entirely in the mortar and then diluted with 0.1 M phosphate buffer, to form a suspension with a cell content. 0.1%. To 5 ml of the suspension is added 5 ml of a 5% aqueous solution.
TABLEAU ITABLE I
Activité résiduelle, % Nombre de répétitions de la réaction Residual activity,% Number of repetitions of the reaction
Exemple 1Example 1
Exemple comparatif 1 0 àa 5 N co Co %0 t Co Comparative Example 10 to 5 N Co Co% 0 t Co
TABLEAU IITABLE II
ExempleExample
3 4 5 6 7 83 4 5 6 7 8
Exemple comparatif Composition du polymère pour immobilisation des cellules. % Acrylamide Comparative Example Composition of the polymer for immobilization of the cells. % Acrylamide
Méthacrylate de diméthyl-Dimethyl methacrylate
aminoethyle Méthylènebis-acrylamide Activité résiduelle, Y. Nombre de répétitions de la réaction: fi Il *l aminoethyl Methylenebis-acrylamide Residual activity, Y. Number of repeats of the reaction: fi Il * l
94 90 85 80 70 5094 90 85 80 70 50
1 5 10 15 25 451 5 10 15 25 45
5 5 5 5 55 5 5 5 5
100 100 100 100 100100 100 100 100 100
95 95 95 95 8095 95 95 95 80
85 85 85 80 6585 85 85 80 65
80 80 80 76 6080 80 80 76 60
o F. ru so o Co N0 O>o F ru o o Co N0 O>
TABLEAU IIITABLE III
ExempleExample
comparatif 9 10 il 12 13 14 Composition du polymère pour immobilisation Comparative 9 10 11 13 13 Composition of the polymer for immobilization
des cellules, 7.cells, 7.
Acrylamide Sel quaternaire du méthacrylate de diméthyléthyle et du chlorure de méthyle Diméthylaminopropylméthacrylamide Méthylènebisacrylamide 1,3-Di-acrylamidométhyl-2-imidazolidone Polymère du sel quaternaire du chlorure de méthyle et du méthacrylate de diméthylaminoéthyle (Mw environ 500.000) Acrylamide Quaternary salt of dimethylethyl methacrylate and methyl chloride Dimethylaminopropylmethacrylamide Methylenebisacrylamide 1,3-Di-acrylamidomethyl-2-imidazolidone Polymer of the quaternary salt of methyl chloride and dimethylaminoethyl methacrylate (MW about 500,000)
Polymère du méthacrylate de diméthyl- Polymer of dimethyl methacrylate
aminoéthyle (Mw environ 1.000.000) Copolymère de l'acrylamide et du sel quaternaire du chlorure de méthyle et du méthacrylate de diméthylaminoéthyle (Mw environ 500.000) Copolymère de l'acrylamide et du méthacrylate de diméthylaminoéthyle (Mw environ 2.000.000) Activité résiduelle, % Nombre de répétitions de la réaction O "i 1 It 3 aminoethyl (Mw about 1,000,000) Copolymer of acrylamide and quaternary salt of methyl chloride and dimethylaminoethyl methacrylate (MW about 500,000) Copolymer of acrylamide and dimethylaminoethyl methacrylate (MW about 2,000,000) Residual activity ,% Number of repetitions of the reaction O "i 1 It 3
"I 5"I 5
82 75 75 75 7582 75 75 75 75
O 10 - -O 10 - -
- 5 5 5- 5 5 5
R - - -R - - -
- - -- 20- - - 20
- - - -- 20- - - - 20
ExempleExample
j- pu Co Co c, wj- pu Co Co c, w
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